摘要：在各国政府都致力于减少汽车的有害气体排放下，汽车厂商必须面对各国日益严格的环保法规，小排量增压发动机代替原有的大排量自然吸气发动机成为一个典型的行业趋势。眼下国内的许多合资品牌和中国品牌都纷纷推出装备增压发动机的车型，到现在已经出现全民皆增压的情况。本专利报告将对汽车行业常见的格式发动机增压技术进行相关专利检索及分析。

核心要点：

1. 涡轮增压已成为各大车企及车配企业现阶段最主要的发动机增压选择；

2. 随着越来越严格的减排法律推行及人们环保意识的增强，小排量增压发动机的比例将继续保持增长，相应的发动机增压技术的专利申请依旧将保持高速增长；

3. 柴油发动机相较于汽油发动机在能源使用效率上的优势，使柴油发动机增压技术更较汽油机受厂家的关注。

前言

近些年来，环保一直是汽车行业不可回避的主题。尽管汽车厂商们推出越来越多的新能源汽车，但传统内燃机汽车仍然是汽车消费市场最主流的产品，但内燃机汽车的尾气排放不仅会使气候变暖，还大量的消耗了地球的石油资源，在各国政府都致力于减少汽车的有害气体排放下，汽车厂商必须面对各国日益严格的环保法规

其中欧盟法律规定，新款车型的尾气排放必须比老款车型下降25%。欧盟鼓励一切可以降低温室气体排放的车辆，比如柴油发动机与汽油发动机相比热效率高30%，它排放产生的温室效应比汽油低45%，一氧化碳与碳氢排放较低，许多欧盟国家对符合排放标准的柴油车实行免税优惠。

而目前我国政府在汽车行业的实行消费税是根据汽车的发动机排量来实行区分纳税：

在这些政策引导下，汽车厂商的趋势是许多车型（尤其是进口的大排量车型）都在用小排量增压发动机代替原有的大排量自然吸气发动机。眼下国内的许多合资品牌和中国品牌都纷纷推出装备增压发动机的车型，到现在已经出现全民皆增压的情况。

技术分解：

1.废气涡轮增压

废气涡轮增压即涡轮增压(Turbo Boost)，是一种利用内燃机(Internal Combustion Engine)运作转产生的废气驱动空气压缩机(Air-compressor)的技术，也是最常见的发动机增压方式。

在Patsnap专利数据搜索引擎中检索数量为11,781条专利，合并同族后为7,269组专利。

随着小排量涡轮增压发动机的逐渐流行，在关于涡轮增压发动机的专利申请数逐年增加。可见在减排政策与市场的双重推动下，车企和科研机构将发动机增压技术带来的减排作为新的技术趋势和竞争优势。

而且申请人排行榜上，主要的申请人包括涡轮设备供应商（汽车配件厂商），汽车企业及科研院校。

随着2015年我国汽车产销分别完成2450.33万辆和2459.76万辆，中国汽车市场已成为世界上最重要的汽车市场之一，面对庞大的消费群体及数量众多的国际及本土汽车品牌的竞争，中国也成为了各大车企及汽配厂商申请相关专利最为集中的地区。

涡轮增压的改进

VGT—可变截面涡轮增压系统

对于传统的涡轮增压发动机来说，解决涡轮迟滞现象的一个方法就是使用小尺寸的轻质涡轮，首先，小涡轮会拥有较小的转动惯量，因此在发动机低转速时，在发动机较低转速下涡轮就能达到最佳的工作转速，从而有效改善涡轮迟滞的现象。不过，使用小涡轮也有它的缺点：当发动机高转速时，小涡轮由于排气截面较小，会使排气阻力增加（产生排气回压），因此发动机最大功率和最大扭矩会受到一定的影响。

为解决这个矛盾，让涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）可变截面涡轮增压技术便应运而生。在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的应用。

TIPS.劳斯莱斯除了生产豪华轿车外也生产重型卡车及飞机发动机。

VGT技术主要被应用于涡轮增压柴油发电机上用以解决涡轮迟滞现象，这使得VGT技术的专利的申请者以柴油乘用车，重型设备车辆及适用于柴油发动机的涡轮增压器生产厂家构成了该类专利的主要申请人。

当然随着欧洲市场汇总柴油乘用车逐渐成为主流及汽车市场整体的扩大，VGT技术自然成为各大车企及车配企业研发的重点，从而使其专利申请增速。

上图表现了不同企业专利申请的地域区别，由于柴油品质的影响，在中国地区柴油乘用车并不受企业及消费者喜爱，使得企业并没有在中国地区进行过多的VGT技术专利申请，进而让中国地区一反常态没有在专利申请数量上呈现对其他区域优势。

当然，不同企业的VGT技术研发也会表现出区别，这是由其技术研发与产品两者共同作用下所产生的。

VGT在柴油机上的改进VNT—可变喷嘴涡轮增压系统

可变喷嘴涡轮增压器(VNT)是改善高增压柴油机部分负荷性能的重要技术措施,其控制系统是VNT柴油机的重要组成部分。以单片机为控制核心,根据信号类型特点设计外围电路,以步进电机为执行机构,编制了控制程序,实现了数据采集、步进电机驱动等功能。运行结果表明,控制系统采集信号稳定、可靠,可以根据控制算法对VNT扩压器喷嘴叶片位置进行有效控制。

使用Patsnap专利搜索引擎检索相关专利得3,477条专利，合并同族后共1,555组。

VNT技术主要应用于改善高增压柴油机部分负荷性能，因此在VNT技术相关专利的申请中主要是一些重型机械设备车辆及在欧洲推出柴油机家用车的企业。

从专利地图上对各企业VNT技术进行布局分析，我们会发现不同公司的着力点完全不同。以生产柴油乘用车为主的丰田其技术研发主要在VNT中的涡轮叶片面基变化及动力输出上，生产重型设备的石川岛播磨重工则注重大功率涡轮增压发动机的研发，最高端大气上档次的劳斯莱斯其VNT技术甚至用于涡喷发动机！

VGT在汽油机上的改进—保时捷可变几何涡轮扇叶技术VTG

由于汽油发动机的排气温度高达1000摄氏度，相比于柴油机排气的温度过于严苛，使得VGT技术难以被运用于汽油机的涡轮增压中，直到有家企业想要完全压榨他们的经典代表的水平对置发动机的动力，而这家企业正是Porsche（保时捷）。

首款运用VTG可变涡轮截面技术的量产汽油机车是来自保时捷997 Turbo（911系列），在997 GT2 RS上，得益于这个科技，3.6L搭载两个大型涡轮增压器的水平对置发动机被推至620hp最大马力，输出相当惊人。扭矩平原也是相当的宽，从2250-5500rpm都能输出最大的700Nm扭矩，这就是VTG涡轮技术的功劳，能有效减低涡轮迟滞，能更早地让涡轮快速运转起来。

保时捷为了解决汽油机排气温度过高的问题，与Borg Warner联手，并且不惜成本地采用航空科技的抗高温材质来制造气门叶片（然而保时捷依旧是最赚钱的豪华汽车品牌，而且当其由于采用小排量加压发动机避免了高昂的税收后也没有降低售价）。

机械增压

机械增压是指针对自然进气引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题，从最基本的关键点着手，也就是想办法提升进气歧管内的空气压力，以克服气门干涉阻力，虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变，但由于进气压力增加的结果，让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了，因此喷油量也能相对增加，让引擎的工作能量比增压之前更为强大。

清一色的日本企业占据了机械增压相关专利的榜单，相比其他国家的企业和科研机构，日本企业似乎对机械增压情有独钟，很早开始了对机械增压发动机的研发，但是尽管近来增压发动机变得越来越流行，但其中主流的增压方式却是涡轮增压，使得日本车企丧失了不小的市场。

以马自达为例，其研发曾获得沃德十佳发动机殊荣的KJ-ZEM机械增压发动机（1995-1998年）采用了拥有比传统奥托循环更高热效率的米勒循环来提升发动机燃油经济性。同时，该发动机搭载机械增压技术在实现发动机小型化的基础上在动力输出上超过了当时的3.0L自然吸气发动机。

正因为日本车企早年对于机械增压发动机的“痴迷”，在专利的地理布局中绝大多数的机械增压发动机专利是由日本车企在日本本土所申请的。

尽管近年来增压发动机逐渐成为趋势，机械增压相关的专利申请数也处于上升中，但是相较于涡轮增压的高速增长而言，这种增长速度较小。就其原因，一方面是一些企业将增压发动机研发的重点专向涡轮增压；另一方面可以认为是随着可变气门正时技术（VVT）、缸内直喷技术等发动机技术的发展，使得利用涡轮增压技术实现发动机的小型化道路更为完善。

不过，有意思的事是中国企业在机械增压发动机领域的专利申请却逆市加速增长。这能否使相关企业获得竞争优势还有待市场的表现。

气波增压

气波增压是使用发动机做功后尾气的动力，借助一系列由发动机带动的转子和定子的调节箱，直接将进气压缩输入气缸，但该种增压形式噪音很大，增压部件体积很大，通常只用于大型柴油机之上。所以民用汽车不常见。

因为气波增压的缺点明显，使得对该发动机增压技术的研发也明显较其他增压方式少了不少。唯有马自达这样偏执的发动机技术研发企业才申请了大量关于气波增压的技术。

偏执狂—马自达

马自达（MAZDA），是一家日本的汽车制造商，总部设在日本广岛，是世界著名汽车品牌，也是世界上唯一研发和生产转子发动机的汽车公司。

马自达的技术研发与专利申请一直处于平稳的状态，没有大起大落。

而其研发对象燃烧发动机的控制；活塞式内燃机；一般燃烧发动机；其他辆、车辆配件或车辆部件；车辆动力装置或传动装置的布置或安装；传动装置及一般燃烧发动机可燃混合物的供给或组成部分等汽车各个核心部分的研发。这使得马自达拥有独立研制完整车辆的能力，也是马自达推出的汽车与众不同。

马自达的偏执，从其专利研发策略中一览无余。相比于同行，马自达的技术研发严重向专业化倾斜，无论是转子发动机，气波增压，机械增压，还是当其他车企转向小排量涡轮增压发动机时推出名为“创驰蓝天”自然吸气发动机，这家车企总是采取与市场主流表现出相反的行为。

总结：

1、 涡轮增压已成为各大车企及车配企业现阶段最主要的发动机增压选择；

2、 随着越来越严格的减排法律推行及人们环保意识的增强，小排量增压发动机的比例将继续保持增长，相应的发动机增压技术的专利申请依旧将保持高速增长；

3、柴油发动机相较于汽油发动机在能源使用效率上的优势，使柴油发动机增压技术更较汽油机受厂家的关注。

检索包括关键词：废气涡轮增压，涡轮增压，Turbo  Boost，可变喷嘴涡轮增压器，VNT，variable nozzle turbine，可变截面涡轮增压系统，VGT，Variable geometry turbocharger，电动涡轮增压系统，机械增压，气波增压等；

1、 IPC分类号包括：F01，F02，B01 ,B02, H01，H04等；

2、专利检索数据：截止至2016年07月20日；

3、各趋势图数据：截止至2015年12月31日。